嵌入式操作系统的趋势探讨

摘要：探讨了嵌入式操作系统的最新趋势，尤其是硬实时、在电信业中的应用。
嵌入式操作系统的特点
嵌入式操作系统正变得流行，因为处理器变得越来越复杂，嵌入式系统正朝网络连接化发展，系统必须简单易用，安全越来越重要，上市时间越来越快。
QNX软件系统有限公司产品管理总经理Grant Courville认为,许多年前，汽车制造商就认识到亲力亲为生产出汽车内所需的每一个零部件既不现实，也不能获利。他们开始依靠供应商来提供从轮胎、方向盘到电子引擎控制器等各种组件。
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QNX产品管理总经理Grant Courville
生产嵌入式系统的公司也开始认识到同样的问题。这些公司以前一贯编写并维护自己的软件，包括自己的操作系统。但市场已经演进，绝大多数“原生”的操作系统已经无法应对嵌入式系统的复杂程度。因此，许多制造商开始采用现成的操作系统。
个中原因一目了然。其一，处理器已经变得非常复杂，往往集成两个或多个处理内核。设计一个跨多内核、可同时运行多个软件任务的操作系统是一项庞大的工程，需要高度专业的软件开发人员。因此，许多公司已经意识到他们需要使用的是专为多内核处理器设计的成熟的商业操作系统。
嵌入式系统正朝网络连接化发展，支持远程控制和现场软件升级。许多嵌入式系统还需要图形用户界面、数据存储和无线网络功能。这一系列的要求为功能完善的操作系统创造了用武之地，在支持复杂的软件设计的同时提供高可靠性，快速和实时性能的保证。
然而，系统设计的复杂性不能转嫁给最终用户。系统必须保持简单易用。新型的智能手机已经证明，小型设备也可以支持一个具有完整的多点触摸屏幕、流畅的画面切换和动画的直观用户界面。从经济的角度来看，除非操作系统支持这些功能，否则创造这些吸引人的、易于使用的功能是不可行的。因此，对于能够支持硬件加速2D和3D图形和高层次用户界面设计工具的操作系统的需求不断增长。而且因为没一项图形技术能够满足每一个要求，制造商需要的操作系统必须支持多种图形技术在同一个屏幕上的显示，如HTML5和OpenGL ES。
随着设备的连接性和复杂性日益增长，对安全问题的关注也开始升级。许多制造商面临着越来越大的压力，要遵从功能安全标准，例如IEC 61508 SIL 3，也要符合信息安全标准，例如ISO/IEC 15408 EAL 4。即使认证不是一个现有要求，制造商在系统设计上也应未雨绸缪，尽量控制未来的达标难度。为了帮助制造商实现这一目标，现在一些操作系统厂商提供未经认证的、但无需修改应用程序编程接口(API)就可以升级到认证版本的操作系统。
由于用户期望值快速发展，许多制造商在选择其操作系统时着眼于未来。这为微内核操作系统提出了要求，那就是系统内的设备驱动器、网络栈以及其它系统服务作为独立的、内存保护进程在操作系统内核外运行。这种模块化的结构提供了极大的灵活性，允许制造商快速添加或删除服务，或以新的、特定应用程序功能扩展操作系统，而无需修改核心操作系统。同样重要的是，这种结构通过阻止软件组件中的错误损害其它组件或操作系统来提供高可靠性。总而言之，嵌入式系统越复杂，他们就越需要操作系统提供灵活性和保护。
嵌入式硬实时操作系统的趋势
嵌入式系统中硬实时越来越重要。美国风河系统公司中国总经理韩青指出，当你从事设备软件开发时，首先需要知道该系统究竟属于硬实时(hard real-time)、软实时还是非实时系统。这三种系统所要求的编程技术和规范存在很大差别。


风河公司中国总经理韩青
硬实时与软实时之间最关键的差别在于，软实时只能提供统计意义上的实时，而不是100%的实时。在一些情况下，这样的“软性”正确率已经可以达到用户期望的水平。比如，用户在操作DVD播放机时，只要98%的情况都能正常播放，用户可能就满意了;而发射卫星、控制核反应堆的应用系统，这些系统的实时性必须达到100%，是绝对不允许出现意外的。风河VxWorks就是100%的硬实时系统。
对于软实时系统，就有一个“硬”到什么程度的问题。风河于2007年从FSMLabs购买了硬实时Linux技术——RTLinux，并将其与风河的Linux设备软件平台的结合，为电子设备制造商提供一套成熟、可靠的新技术，用于开发和部署各种基于Linux的下一代应用，满足电子设备制造商们对“硬实时”特性的较高需求，例如功能型手机、需要高容量流媒体的数字图像应用以及包括车辆避撞系统在内的各类车载应用等。其中，已集成RTLinux技术的Wind River Linux 4 可以把各种基于Linux的高速包交换设备软件应用提升到高性能级别。
嵌入式操作系统在电信业的展望
电信业是嵌入式操作系统的一个重要应用。让我们看看最近的几个新闻消息。第一，iPhone 4S使电信数据通讯流量增长率1倍;第二，移动视频的普遍使用可能引发网络拥塞的浩劫;第三，Verizon将会在智能手机和平板电脑中全面支持LTE。
面对电信业网络流量可能发生的浩劫，需要长期未雨绸缪。例如，风河公司特别推出了能够充分发挥最新多核处理技术潜能的Wind River Network Acceleration Platform(风河网络加速平台)，其最大的特色就是以超高的速度进行IP包转发，目的是为了帮助电信设备制造商快速低成本地推出基于多核处理的网络设备。云计算的普及应用为电信业带来了空间的机遇与挑战，而嵌入式操作系统在其中扮演及其重要的角色，因为与服务器厂商相比，电信也对高性能、高可靠性嵌入式系统的需求要强烈得多。
这需要嵌入式操作系统供应商充分发挥在多核处理、高可靠性、高安全性方面的专业优势和经验，提供最有效的解决方案。
参考文献：
『1』迎九.软件安全成为嵌入式云计算的热点.电子产品世界,2011(12):32
『2』王莹. 嵌入式系统与FPGA的最新动向. 电子产品世界,2011(3):10
『3』 倪光南.破坏式创新与嵌入式软件探析.电子产品世界,2011(1-2):9[!--empirenews.page--]